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本篇研究来自澳门大学刘宏超课题组。本文介绍了计算鬼成像这一新型光学成像技术，并针对具有镜面反射的成像场景，提出了一种自适应强度照明计算鬼成像方案。该方法通过对结构照明图案的自适应强度调整，为带有镜面反射的目标场景的图像重建提供了一个便捷、高效的解决方案，并使计算鬼成像在工业制造中针对光滑金属或陶瓷部件的检测和测量成为可能。 文章介绍 Computational ghost imaging with adaptive intensity illumination for scenes featuring specular surfaces Jiahao Xiong (熊家豪), Xuan Zhang (张玄), Ai Fu (付爱) and Hong-Chao Liu (刘宏超) 通讯作者： 刘宏超，澳门大学应用物理与材料工程研究院   研究背景： 现实场景通常包含复杂的表面结构，在利用反射光信号重建目标场景的图像时，通常会同时观察到漫反射和镜面反射两种信号成分。其中，漫反射源于目标表面下的微小凹凸结构，具有均匀反射性，能够直接反映物体的形状。镜面反射则具有明显的方向性和高强度，会在重建图像中形成高光区域，从而导致局部空间信息的丢失。传统成像方案通常将目标视为朗伯物体，在成像时，漫反射成分占据主导地位。但在一些场景下不可避免地会出现镜面反射成分占主导地位的情况。强烈的镜面反射分量会极大地压缩重建图像的动态范围，影响计算鬼成像的重建结果。因此，为了扩展应用场景，提高其实际应用能力，有必要针对具有镜面反射的目标场景，设计一种新型的计算鬼成像方案。   研究内容： 受到计算鬼成像固有的编码特性的启发，本文提出了一种针对具有镜面反射表面的目标场景的自适应强度照明计算鬼成像方案。该方法无需额外的光学元件，仅通过两轮测量就可以实现对带有镜面反射表面的目标场景的有效成像。在成像过程中，将基于第一轮测量获取的镜面区域像素的位置和强度信息，自适应调整第二轮测量中的结构照明图案的像素强度。仿真和实验结果均表明，利用该方案，可有效降低成像过程中镜面反射分量的干扰，从而使重建图像呈现出更多有意义的信息。值得一提的是，所提出的自适应强度调制方案也可以应用于其他类型的结构照明图案。如果镜面区域没有精细的轮廓形状，在第一轮测量中采用低分辨率的照明图案可进一步缩短成像时间，而不会影响重建图像的质量。 与已有的高光去除方案对比，所提出的方案直接利用计算鬼成像的重建算法来恢复图像，无需复杂的高光分离算法，降低了计算成本。同时，该方法也无需在多图像序列中进行精确的特征匹配。此外，它还不需要额外元件，避免了复杂的调整过程。该工作为镜面场景的图像重建提供了一个便捷高效的解决方案，同时拓宽了计算鬼成的实际应用范围，为工业制造中镜面零件的检测提供了一个经济可行的解决方案。 作者介绍 刘宏超  助理教授 澳门大学 刘宏超，澳门大学应用物理及材料工程研究院助理教授，长期从事鬼成像与单像素成像、超表面成像、拓扑材料等方向的研究。目前已在Science，Science Advances, Nature Communications, Light: Science & Applications, Physical Review Letters, ACS Nano, Advanced Optical...

IOP出版社每月从年度重点期刊中精选两个主题的研究文章供大家阅读，本月的主题为Metamaterials和Twistronics。这些文章体现了IOP期刊的高质量和创新性，并呈现了一些受关注的研究工作。欢迎大家阅读下载！ 您可以扫描下方二维码，查看IOP出版社材料领域和工程领域的最新资讯；还可以点击此处链接，订阅该领域的最新研究进展以及相关期刊的最新信息。 材料： 工程： 精选文章 Metamaterials Journal of Physics: Condensed Matter Dual-functional pentamode metamaterial with water-like and topological transmission properties Yangyang Chu, Yuan Hu, Guanxi Wang and Zhaohong Wang   Band gap characteristics of new composite multiple locally resonant phononic crystal metamaterial Peng Xiao, Linchang Miao, Haizhong Zheng and Lijian Lei   Nonlocal effective medium theory for phononic temporal metamaterials Neng...

特刊详情 客座编辑 刘彦菊，哈尔滨工业大学 张风华，哈尔滨工业大学 Michael Philen，美国弗吉尼亚理工大学 主题范围 Shape Memory Polymers (SMP) are polymeric smart materials that have the ability to recover from temporary shape to their permanent shape induced by an external stimulus, such as temperature, light, or magnetic field. SMPs have attracted much attention in the biomedical field, such as drug release devices, various...

特刊详情 客座编辑 Soney Varghese，印度卡利卡特国立技术学院 Deepalekshmi Ponnamma，卡塔尔大学 Aiswarya Bhaskar，印度卡拉库迪中央电化学研究中心 B Ratna Sunil，沙特穆罕默德·本·法赫德亲王大学 Devinder Yadav，印度巴特那理工学院   主题范围 The scope of this Focus Issue includes but is not limited to: Energy Materials, Materials for Sustainable Development, Medical Materials, Advanced Characterisation of Functional Materials and Modelling and Simulation of Materials. This Focus Issue aims to showcase the latest research...

本篇研究来自中国地质大学（北京）卜灵课题组。微纳传感器的高性能集成特点在智能时代人机交互（HMI）应用中具有明显优势。本论文介绍了压电、摩擦电和混合式自供电传感器的微观结构与制造方法，综述了自供电传感器在智能交互、机器人和人体监测等领域的具体应用，提出从阵列结构、信号处理、材料设计等角度突破器件局限性，提升HMI应用的智能化、多样化和便利性。 文章介绍 Recent advances in piezoelectric and triboelectric self-powered sensors for human–machine interface applications Lei Du（杜磊）, Yulong Li（李宇龙）, Ruizhe Qiu（邱睿哲）, Jiaxing Xu（徐佳星）, Kai Nie（聂凯）, Xinyu Cao（曹欣雨）, Jiaqi Tang（汤家齐）, Yiqing Wang（王一晴）, Gang Du（杜刚） and Ling Bu（卜灵）   通讯作者： 卜灵，中国地质大学（北京）信息工程学院   研究背景： 微机电系统（MEMS）技术实现了多种设备的微型化、多功能化和低功耗化。在物联网和人工智能的推动下，海量智能传感器通过连接协同，创造出人机交互（HMI）的新应用。但是，HMI应用中的大量传感器对供电问题提出了严峻挑战。受空间、生物兼容性和更换的限制，传统电池难以满足供电要求。针对这一问题，自供电传感器提出了一种前景广阔的解决方案，即无需外部电源即可产生电信号，尤其适用于人体可穿戴和植入式应用。压电效应和摩擦电效应一直是自供电传感器的关键基础技术，通过触觉或压力传感广泛应用于HMI。但是，目前自供电传感器仍面临着性能不足、集成受限以及严重的串扰效应等实际问题。   研究内容： 本综述介绍了 PENG、TENG 和 P-TENG 自供电传感器的三种机制，并总结了五种结构类型，包括平面结构、图案结构、多孔结构、织物结构和复合结构。对基于 PENG 和 TENG 自供电传感器的阵列集成及串扰问题进行探究，指出优化阵列结构、改进信号处理方法和创新材料设计是降低串扰的有效解决方案，通过具体实例阐述了自供电传感器在智能交互、机器人和人体监测三个人机交互领域的应用。论文指出目前HMI应用中的自供电传感器主要存在以下局限性：（1）大多数自供电传感器以二维行-线可寻址模式部署，在大规模数据采集中效率较低；（2）串扰问题在传感器阵列中普遍存在，尽管已提出一些解决方案，但仍需优化验证；（3）许多HMI应用已与机器学习算法相结合，但有限的阵列像素和传统数据采集方法限制了海量数据训练与智能衍生。论文提出的未来发展方向和挑战包括：（1）开发对外界激励具有超高灵敏度的材料及其制造方法，以实现大面积高性能传感器，同时保持柔韧性和生物相容性；（2）优化传感器阵列以提高大面积数据采集效率，解决串扰问题，实现实时、高精度的信号处理；（3）缩小自供电传感器阵列与智能系统的差距，充分利用传感器信号并提升计算能力来实现智能识别和诊断。 作者介绍 卜灵  副教授 中国地质大学（北京） 卜灵，中国地质大学（北京）副教授、博士生导师、电气与电子工程系主任。长期从事微能源器件、功率管理电路、微传感器与控制系统等领域的研究，在自供能无线传感网节点能量获取及电源管理等方面取得重要研究成果，发表于Nano Energy、Small、Mechanical Systems and Signal Processing、Microsystems & Nanoengineering等高水平期刊，曾担任微能源领域著名国际会议PowerMEMS技术委员会委员。...

本篇研究来自吉林大学焦利光、刘爱华课题组。本文通过一般伪谱法对广义指数余弦屏蔽库仑势的临界束缚行为进行了研究，首次给出了完整参数空间中的临界屏蔽参数的高精度数值。根据临界束缚区域内基态能量的变化，参数空间可近似划分为两个区域，分别为由指数屏蔽项占主导地位的指数区域和由振荡余弦项占主导地位的余弦区域。 文章介绍 Complete critical bound region of the generalized exponential cosine screened Coulomb potential Xiao Hu Ji（吉小虎）, Yong Zhi Zhang（张永志）, Henry E Montgomery Jr, Yew Kam Ho（何耀锦）, Aihua Liu（刘爱华） and Li Guang Jiao（焦利光）   通讯作者： 焦利光，吉林大学物理学院 刘爱华，吉林大学原子与分子物理研究所   研究背景： 研究量子系统在束缚-连续临界极限下的相变是量子力学和数学物理中的一个重要课题，它有助于我们理解原子和分子在极端条件下的稳定性等物理问题。我们选择广义指数余弦屏蔽库仑势(-r-1e-(β cos⁡θ)r  cos⁡[(β sin⁡θ )r] )，其在特殊参数下转变为屏蔽库仑势(θ=0)，指数余弦屏蔽库仑势(θ=π/4)，余弦库仑势(θ=π/2)等在核物理、原子分子物理、等离子体物理中具有广泛应用的模型势，对其临界参数及系统处于临界区域行为的研究目前还尚不完善。   研究内容： 我们使用一般伪谱法(Generalized PseudoSpectral method)精确求解系统薛定谔方程，对广义指数余弦屏蔽库仑势的临界屏蔽行为进行了系统研究，准确的给出了整个参数空间内的临界屏蔽参数，如下表所示：   表一：不同θ值下的临界屏蔽参数值以及与前人结果的比较。     图1：临界屏蔽参数在θ=π/2附近变化规律，点为数值计算，实线为Pade外推。   研究发现当θ增加并接近π/2时，屏蔽参数收敛性迅速降低，其中在θ=π/2时，指数屏蔽项消失，势函数在长程库伦势的包络下在全空间范围内余弦震荡，导致数值计算变的十分困难。在精确地计算θ<π/2附近的临界参数基础上，我们使用Pade逼近外推给出了θ=π/2时的临界屏蔽参数约为βc=2.34。   图2：全参数空间中的临界束缚区域，a图为cos⁡θ-β平面，b图为λ-μ平面。   结合高精度数值计算与外推法，我们给出了完整参数空间中广义指数余弦屏蔽库仑势的临界束缚区域。分析发现参数空间可近似分为“余弦主导”和“指数主导”两个区域，系统束缚-连续相变分界线的趋势在两个区域明显不同。本研究对空间振荡势下量子系统的稳定性进行了有益探索。...

特刊详情 客座编辑 Małgorzata Norek，波兰军事技术大学 Peng Tao, 香港理工大学   主题范围 Nanostructured luminescent materials have garnered significant interest in the scientific community due to their unique structural, optical, and electronic properties, which distinguish them from microscale and bulk materials. They encompass a variety of compositions including semiconductors, rare earth elements, metals, oxides, both inorganic and organic polymers...

本篇研究来自清华大学精密仪器系、清华大学类脑计算研究中心邓磊课题组。该文系统地研究了脉冲神经网络（Spiking Neural Networks，SNN）中关键建模组件的功能特性。研究发现，神经元膜电位泄漏在平衡长时记忆和短时响应、影响鲁棒性方面起着关键作用，膜电位重置机制对时域处理中断和发放率控制非常重要，循环突触连接虽对复杂动力学建模至关重要但会牺牲模型鲁棒性。这些有趣的现象加深了对SNN行为的理解，能够为SNN模型的优化提供指导。 文章介绍 Understanding the functional roles of modelling components in spiking neural networks Huifeng Yin（尹汇锋）, Hanle Zheng（郑晗乐）, Jiayi Mao（毛佳一）, Siyuan Ding（丁思源）, Xing Liu（刘星）, Mingkun Xu（徐明坤）, Yifan Hu（胡一凡）, Jing Pei（裴京） and Lei Deng（邓磊） 通讯作者： 邓磊，清华大学精密仪器系、清华大学类脑计算研究中心   研究背景： SNN是受大脑神经回路启发的一种神经网络模型，能在保持生物合理性的同时通过脉冲事件驱动的方式实现高效计算。然而，虽然SNN具有丰富的时空动力学和低功耗优势，其中各建模组件的功能角色尚不明确，这给SNN建模理解和优化带来了挑战。该文试图理解并揭示基于LIF（Leaky Integrate-and-Fire）经典神经元模型的SNN关键建模组件的功能角色，如膜电位泄漏、重置和循环突触连接等，加深对SNN工作原理和行为特性的理解，为SNN在不同任务中建模优化提供理论指导。   研究内容： 该文系统性地研究了LIF-SNN模型关键建模组件的功能角色。通过调整膜电位泄漏（有/无及泄漏程度）、重置（有/无）和循环突触连接（有/无）等几种关键建模组件的构成，设计和评估经典LIF-SNN模型的几种变体模型，通过控制变量法分析变体模型在不同数据集和组件配置下的性能，评估指标包括识别准确率、时间尺度泛化性和对抗攻击鲁棒性等，加深对SNN工作原理和行为特性的理解。具体而言，神经元膜电位泄漏在平衡长时记忆和短时响应、影响鲁棒性方面起着关键作用，全泄漏难以保留长时信息而零泄漏会降低高频响应能力，一定程度泄漏可提高模型泛化能力和鲁棒性；膜电位重置机制会一定程度中断时域记忆，但可降低脉冲发放率节约计算成本；循环突触连接能够增加复杂动力学建模提高准确率，但会牺牲模型泛化性和鲁棒性。上述发现为SNN在不同应用需求下的性能优化提供了有价值的理论指导，能够发展更通用、更有效、更鲁棒的SNN模型。 作者介绍 邓磊  副教授 清华大学 邓磊，清华大学精密仪器系，清华大学类脑计算研究中心，副教授、博士生导师，入选国家高层次青年人才计划。从事类脑计算领域研究超过10年，在Nature、Nature Communications、PIEEE、JSSC、ICML、ICLR等期刊和会议发表论文近百篇，包含3篇封面论文、1篇ESI 0.1%热点论文和2篇ESI 1%高被引论文，担任Frontiers in Neuroscience期刊副主编、中国人工智能学会脑机融合与生物机器智能专委会委员和多个国际会议分论坛主席和程序委员会委员。个人曾入选全球前2%顶尖科学家榜单、北脑青年学者、吴文俊人工智能优秀青年奖和《麻省理工科技评论》中国籍35岁以下科技创新35人等，代表性成果曾获中国科学十大进展、世界互联网领先科技成果、中国计算机学会技术发明一等奖和日内瓦国际发明展金奖等奖项。 期刊介绍 Neuromorphic Computing and Engineering 2023年影响因子：5.8  Citescore: 5.9 Neuromorphic Computing...

特刊详情 客座编辑 Giacomo Falchetta，奥地利国际应用系统分析研究所/意大利欧洲地中海气候变化研究中心 Francesco Colelli，意大利威尼斯大学/意大利欧洲地中海气候变化研究中心 Ahmed Hammad，新加坡Decatab公司   主题范围 In a rapidly transforming world with increasingly felt climate change impacts, infrastructures at multiple scales are responsible for shaping societal risks, impacts, and sustainable development pathways. Infrastructure availability and quality also play an important role in defining adaptive capacity. As a consequence, it is important...

Environmental Research Letters（ERL）近日公布了2023年“编辑推荐文章奖”（ERL Editor’s Choice Awards 2023）的获奖名单。ERL“编辑推荐文章奖”由期刊编委会成员投票产生，是期刊年度奖项计划的一部分。所有获奖人将收到由期刊颁发的证书及奖品。 2023年获奖名单 2023年编辑推荐原创文章奖 Dams and tribal land loss in the United States Heather Randell and Andrew Curley 2023 Environ. Res. Lett. 18 094001 2023年编辑推荐综述文章奖 Achieving net-zero emissions in agriculture: a review Lorenzo Rosa and Paolo Gabrielli 2023 Environ. Res. Lett. 18 063002   2023年编辑推荐青年科研人员文章奖 Extreme heatwave over Eastern China in summer 2022: the role...

特刊详情 客座编辑 Hassan Zahouani，法国里昂大学 Mike Adams，英国伯明翰大学 主题范围 Material and texture selection, along with form, colour and gloss are examples of product qualities. Well-polished metal or wooden surfaces and finely woven cloth are examples of articles particularly designed to appeal to the human senses of vision and touch. One major factor of perceived quality is the...

本篇研究来自上海交通大学张礼知课题组。该研究通过调控BiOCl表面羟基覆盖度来降低催化剂表面空间位阻，从而促进表面氧空位生成，实现光催化O2活化产物由•O2–向O22–的转变。该策略能够有效促进NO完全氧化生成双齿硝酸盐，从而抑制NO2有害副产物的生成及光电子对NO3–的反向还原。该结果为通过调控催化剂表面结构来实现高效、安全的NO光催化去除提供了重要理论基础和实验依据。 文章介绍 Surface hydroxyl manipulation of BiOCl nanosheets for promoted O2 activation and photocatalytic NO removal Zhiping Yang（杨治平）, Yanbiao Shi（石彦彪）, Xiaoyi Zhang（张笑怡）, Jundi Cheng（程俊迪）, Qianhui Liu（刘千惠）, Bing Zhou（周兵）, Biao Zhou（周彪）, Yue Hu（胡月）, Chengliang Mao（毛成梁）, Hao Li（李浩） and Lizhi Zhang（张礼知）   通讯作者： 石彦彪，上海交通大学环境科学与工程学院 李浩，上海交通大学环境科学与工程学院 张礼知，华中师范大学化学学院/上海交通大学环境科学与工程学院   研究背景： 氮氧化物（NOx）是化石燃料燃烧和废物焚烧过程中产生的次级气溶胶前驱体，对大气环境和人类健康构成严重威胁。传统的高浓度NO去除技术难以有效处理城市和室内空气中低浓度NO，这促使研究者探索更绿色、经济、可持续性的解决方案。太阳光驱动的半导体光催化技术因其能够在环境条件下有效去除ppb级别的NO而备受关注。然而，当前报道的半导体光催化材料在选择性生成活性氧物种（ROS）并抑制NO氧化过程中有害副产物（如NO2）生成方面仍存在挑战。 本研究通过调控BiOCl纳米片表面羟基浓度来降低其空间位阻并促进氧空位产生，将光催化O2活化过程产生的ROS从•O2–转变为O22–，从而实现NO完全氧化产生更稳定的双齿硝酸盐，避免有害的NO2形成和光电子诱导的NO3–反向还原。   研究内容： 本研究在饱和甘露醇溶液水热处理来调控BiOCl纳米片表面羟基覆盖度，从而构筑具有不同空间位阻的表面结构。通过DFT理论计算优化O2在富羟基和贫羟基BiOCl表面（BiOCl-OHrich-NS、BiOCl-OHrich-UN）的吸附构型、吸附能量、O-O键长、电荷转移、电子态密度，解析O2分子活化状态和产物，并根据过渡态模型推测不同活性氧物种介导的NO氧化反应过程。   图1. (a) O₂在BiOCl-OHrich-NS和(b) BiOCl-OHpoor-UN表面吸附构型及(c, d)差分电荷；(e) 理论模拟•O2⁻和O22⁻介导下NO光氧化反应。   随后利用红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）来定量分析材料表面羟基浓度；通过高角环形暗场像-扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）和电子顺磁共振（EPR）来验证不同表面羟基浓度的BiOCl表面氧空位（OV）分布及含量。   图2. (a) BiOCl-OHrich-NS和BiOCl-OHpoor-UN的FTIR光谱和(b)高分辨率O 1s XPS光谱。(c)...